FR2796507A1 - METHOD FOR PROVIDING A PULSE WIDTH MODULATED SIGNAL - Google Patents
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Abstract
Procédé pour fournir un signal modulé en largeur d'impulsion ayant un signal de niveau haut d'une première largeur et un signal de niveau bas d'une seconde largeur. Dans un premier état de fonctionnement, on émet et/ ou on continue de traiter la largeur du signal de niveau haut et dans un second état de fonctionnement, on émet et/ ou on poursuit le traitement de la largeur du signal de niveau bas selon un taux d'impulsions prédéfini.A method for providing a pulse width modulated signal having a high level signal of a first width and a low level signal of a second width. In a first operating state, the width of the high level signal is transmitted and / or continues to be processed and in a second operating state, the processing of the width of the low level signal is transmitted and / or continued according to a preset pulse rate.
Description
La présente invention concerne un procédé et unThe present invention relates to a method and a
dispositif pour générer un signal modulé en largeur d'im- device for generating a signal modulated in width of
pulsion ayant un signal de niveau haut d'une première lar- pulse having a high level signal from a first lar-
geur et un signal de niveau bas d'une seconde largeur. geur and a low level signal of a second width.
Dans de nombreuses applications, pour prédéfi- In many applications, for predefi-
nir une valeur de consigne, par exemple une valeur de con- set a setpoint, for example a setpoint
signe de courant dans un étage de puissance, à l'aide d'un microcontrôleur, il faut fournir une valeur analogique. Une sign of current in a power stage, using a microcontroller, an analog value must be supplied. A
telle valeur analogique est soumise à des exigences concer- such analog value is subject to specific requirements
nant la qualité de lissage ou de filtrage qui doit être aussi bonne que possible et présenter simultanément une nant the quality of smoothing or filtering which must be as good as possible and simultaneously present a
très grande dynamique. Comme autre exemple, il y a les ré- very great dynamics. As another example, there are the re-
gulateurs numériques nécessitant des convertisseurs numéri- digital regulators requiring digital converters
ques/analogiques pour donner une grandeur calculée de ques / analog to give a calculated quantity of
réglage ou d'actionnement à une régulation de type analogi- adjustment or actuation to an analog type regulation
que. Pour cela, on utilise fréquemment des modulateurs de largeur d'impulsion fournissant une largeur d'impulsion proportionnelle à une valeur numérique prédéterminée; cette largeur correspond alors à une tension analogique après un filtrage passe-bas. L'avantage de tels modulateurs de largeur d'impulsion est leur coût très faible. Il est par exemple possible d'utiliser un micro-ordinateur avec than. For this, pulse width modulators are frequently used providing a pulse width proportional to a predetermined numerical value; this width then corresponds to an analog voltage after a low-pass filtering. The advantage of such pulse width modulators is their very low cost. It is for example possible to use a microcomputer with
une sortie à largeur d'impulsion ou d'intégrer l'électroni- a pulse width output or to integrate the electronic-
que numérique, nécessaire dans une carte ASIC. Les coûts supplémentaires pour un convertisseur numérique/analogique ne représentent souvent que le coût d'un élément RC qui only digital, necessary in an ASIC card. The additional costs for a digital to analog converter often represent only the cost of an RC element which
s'utilise comme filtre passe-bas, simple. De tels conver- can be used as a simple low pass filter. Such conver-
tisseurs numériques-analogiques présentent en outre une li- digital-analog weavers also have a li-
néarité et une monotonie remarquables. remarkable age and monotony.
Dans les modulateurs à largeur d'impulsion ac- In pulse width modulators ac-
tuels utilisés comme convertisseurs numériques /analogi- used as digital / analog converters
ques, on a toutefois constaté que leur dynamique était re- However, it was found that their dynamics were re-
lativement lente et qu'ils présentaient un spectre de fré- latently slow and that they presented a spectrum of
quence d'émission relativement faible. relatively low emission frequency.
Pour remédier à ces inconvénients, la publica- To remedy these drawbacks, the publica-
tion Automatisierungstechnik 41 (1993) 11, pages 428-432, a proposé d'utiliser des modulateurs de nombres d'impulsions tion Automatisierungstechnik 41 (1993) 11, pages 428-432, proposed to use pulse number modulators
à la place des modulateurs de largeur d'impulsion. L'avan- instead of pulse width modulators. The avan-
tage de l'utilisation des modulateurs de nombres d'impul- the use of pulse number modulators
sions indiqués dans ce document est que par rapport à une modulation à largeur d'impulsion, pour une même résolution dans le temps, on a des spectres de fréquences d'émission beaucoup plus élevés et on peut varier plus rapidement la valeur de consigne. De plus, par rapport à la modulation de largeur d'impulsion, on peut utiliser des étages de filtre plus petits et ainsi moins coûteux. L'inconvénient de la sions indicated in this document is that compared to a pulse width modulation, for the same resolution over time, we have much higher emission frequency spectra and we can vary the set value more quickly. In addition, compared to pulse width modulation, smaller and thus less expensive filter stages can be used. The downside of the
modulation de nombre d'impulsions est toutefois de nécessi- however, modulation of the number of pulses is necessary.
ter un circuit particulier notamment avec des algorithmes de calcul. Cela augmente le coût d'investissement et de ter a particular circuit in particular with calculation algorithms. This increases the cost of investment and
fonctionnement d'un modulateur de nombre d'impulsions. operation of a pulse number modulator.
Il existe certes dans les micro-calculateurs There are certainly in micro-computers
disponibles actuellement, des unités périphériques intelli- currently available, intelligent peripheral units
gentes ou programmables pouvant générer des signaux modulés en largeur d'impulsion (MLI) à résolution très élevée (par exemple une horloge à 20 MHz, une résolution de 50 ns pour des événements séparés), mais fréquemment ces unités sont limitées en ce que la distance entre deux flancs successifs de signaux est limitée vers le bas, par exemple à 10 ps à gentes or programmable that can generate pulse width modulated (PWM) signals at very high resolution (e.g. 20 MHz clock, 50 ns resolution for separate events), but frequently these units are limited in that the distance between two successive signal flanks is limited downwards, for example to 10 ps at
cause des temps de recharge ou de calcul. because of recharge or calculation times.
La présente invention a pour but de développer un signal modulé en largeur d'impulsion ayant une meilleure résolution par rapport à celle des signaux connus et une plage de valeur plus grande, dont la fréquence soit aussi élevée que possible pour permettre un étage de filtre en The present invention aims to develop a pulse width modulated signal having a better resolution compared to that of known signals and a larger value range, the frequency of which is as high as possible to allow a filter stage in
aval ayant une fréquence limite aussi élevée que possible. downstream with a limit frequency as high as possible.
Il faut en particulier que la fréquence d'émission puisse In particular, the transmission frequency must be able to
elle-même être modifiée.itself be changed.
A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on fournit et on continue de traiter en fonction d'un taux d'impulsions prédéterminé la largeur du signal de niveau haut dans un premier état de fonctionnement et la largeur du signal de To this end, the invention relates to a method of the type defined above, characterized in that the width of the high level signal in a first state is provided and continued to be processed as a function of a predetermined pulse rate. and the signal width of
niveau bas dans un second état de fonctionnement. low level in a second operating state.
L'invention concerne également un dispositif du The invention also relates to a device of the
type défini ci-dessus, caractérisé par des moyens pour com- type defined above, characterized by means for com-
muter entre un premier état de fonctionnement dans lequel on génère et/ou on continue de traiter la largeur du signal mutate between a first operating state in which the signal width is generated and / or continues to be processed
du niveau haut en fonction d'un taux d'impulsions prédéter- high level based on a predetermined pulse rate-
miné, et un second état de fonctionnement dans lequel on émet et/ou on continue de traiter la largeur du signal de mined, and a second operating state in which the signal width is transmitted and / or continues to be processed
niveau bas selon un taux d'impulsions prédéfini. low level according to a predefined pulse rate.
Selon l'invention, on génère un signal modulé en largeur d'impulsion ayant une meilleure résolution que According to the invention, a pulse width modulated signal is generated having a better resolution than
celle des signaux connus à l'intérieur de la plage de va- that of known signals within the range of
leur souhaitée et dont la fréquence est plus élevée par comparaison à celle des solutions connues, ce qui permet d'avoir par exemple un étage de filtre en aval ayant une their desired and whose frequency is higher compared to that of known solutions, which allows for example a downstream filter stage having a
fréquence limite plus élevée.higher limit frequency.
Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: According to other advantageous features of the invention:
* pour un taux d'impulsions inférieur à 50 % entre le si- * for a pulse rate of less than 50% between the
gnal de niveau haut et le signal de niveau bas, on défi- high level signal and low level signal,
nit une largeur de niveau de signal, minimale, autorisée nit a minimum signal level width allowed
par rapport au signal de niveau haut et on émet le si- with respect to the high level signal and we send the if-
gnal de niveau bas selon le taux d'impulsions prdédéfi- low level depending on the preset pulse rate
ni, et pour un taux d'impulsions de plus de 50 %, on neither, and for a pulse rate of more than 50%, we
définit une largeur de niveau de signal, minimale, auto- sets a signal level width, minimum, auto-
risée par rapport au signal de niveau bas et on émet la largeur du signal de niveau haut comme taux d'impulsions prédéterminé, * on prédéfinit un taux d'impulsions minimum par exemple de 10 % et/ou un taux d'impulsions maximum par exemple compared to the low level signal and the width of the high level signal is emitted as a predetermined pulse rate, * a minimum pulse rate for example of 10% and / or a maximum pulse rate for example is predefined
de 90 %.90%.
Pour un taux d'impulsions inférieur à 50 % en- For a pulse rate of less than 50% in
tre le signal de niveau haut et le signal de niveau bas du signal modulé en largeur d'impulsion, il est avantageux de définir une largeur de niveau de signal minimale autorisée pour le signal de niveau haut, et le signal de niveau bas est donné comme signal modulé en largeur d'impulsion ou est traitée; pour un taux d'impulsions supérieur à 50 %; on définit une plage de niveau de signal nominale autorisée pour le signal de niveau bas, et le signal de niveau haut est donné ou traité comme signal modulé en largeur d'impulsion. Le taux d'impulsions est le rapport des durées du signal de niveau haut et du signal du niveau bas; un taux d'impulsions inférieure à 50 % signifie que le signal de niveau bas dure plus de la moitié de la période totale be the high level signal and the low level signal of the pulse width modulated signal, it is advantageous to define a minimum signal level width allowed for the high level signal, and the low level signal is given as signal modulated in pulse width or is processed; for a pulse rate greater than 50%; an allowed nominal signal level range is defined for the low level signal, and the high level signal is given or processed as a pulse width modulated signal. The pulse rate is the ratio of the durations of the high level signal and the low level signal; a pulse rate of less than 50% means that the low level signal lasts more than half of the total period
du signal.of the signal.
De façon avantageuse, on prédéfinit un taux Advantageously, a rate is predefined
d'impulsions minimum, par exemple de 10 % et un taux d'im- minimum pulse, for example 10% and an
pulsions maximum, par exemple de 90 %. Ces moyens évitent des fréquences d'émission allant vers l'infini, que l'on aurait pour des taux d'impulsions voisins de zéro ou de %. Il est en outre avantageux que la commutation entre les différents états de fonctionnement se fasse avec maximum impulses, for example 90%. These means avoid emission frequencies going towards infinity, which one would have for pulse rates close to zero or%. It is also advantageous for the switching between the different operating states to be carried out with
une hystérésis.hysteresis.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: * la figure 1 est une vue schématique de différents états d'un signal modulé en largeur d'impulsion, * la figure 2 montre schématiquement une caractéristique typique d'un modulateur à largeur d'impulsion selon l'invention dont la fréquence de sortie est représentée en fonction du taux d'impulsions, * la figure 3 montre un ordinogramme pour la présentation The present invention will be described below in more detail with the aid of the appended drawings in which: * FIG. 1 is a schematic view of different states of a signal modulated in pulse width, * FIG. 2 shows schematically a typical characteristic of a pulse width modulator according to the invention, the output frequency of which is represented as a function of the pulse rate, * FIG. 3 shows a flowchart for the presentation
du procédé de 1 'invention.of the process of the invention.
Dans les modulateurs d'impulsions, du fait des temps de recharge ou de calcul, on est tenu à respecter un In pulse modulators, due to recharging or calculation times, we are required to respect a
intervalle minimum entre deux flancs successifs de signaux. minimum interval between two successive sides of signals.
Une durée correspondante T_ min est donnée à la figure la A corresponding duration T_ min is given in Figure la
pour un signal caractéristique, modulé en largeur d'impul- for a characteristic signal, modulated in pulse width
sion. Le taux d'impulsions TV entre la durée TH du signal de niveau haut et la durée TL du signal de niveau bas est dans ce cas supérieur à 50 %. La somme des deux durées ou largeurs TH, TL résulte de la période du signal de sortie T-P du signal modulé en largeur d'impulsion. La durée du signal de niveau bas TL correspond à la durée minimale à respecter Tmin entre deux flancs de signaux successifs. En réglant la durée du signal de niveau bas TL sur la valeur Tmin, on peut rendre maximale la fréquence fp du signal modulé en largeur d'impulsion (l'inverse de la période TP) if we. The rate of TV pulses between the duration TH of the high level signal and the duration TL of the low level signal is in this case greater than 50%. The sum of the two durations or widths TH, TL results from the period of the output signal T-P of the signal modulated in pulse width. The duration of the low level signal TL corresponds to the minimum duration to respect Tmin between two successive signal flanks. By setting the duration of the low level signal TL to the value Tmin, the frequency fp of the signal modulated in pulse width can be maximized (the inverse of the period TP)
sans influencer la possibilité de traitement du signal mo- without influencing the possibility of processing the mo-
dulé en largeur d'impulsion. Dans ces conditions, on émet comme signal, la durée TH correspondant à un taux d'impulsions à prédéterminer. Cette durée est supérieure à pulse width. Under these conditions, the duration TH corresponding to a predetermined pulse rate is transmitted as a signal. This duration is greater than
Tmin (TV > 50 %) et n'est pas critique. Tmin (TV> 50%) and is not critical.
En diminuant la durée TH du signal de niveau haut, on peut continuer à diminuer la période TP du signal modulé en largeur d'impulsion jusqu'à ce que la durée du signal de niveau TH corresponde à la distance mnimale T_ min entre deux flancs voisins de signaux. Cette siguation By decreasing the duration TH of the high level signal, one can continue to decrease the period TP of the pulse width modulated signal until the duration of the level signal TH corresponds to the minimum distance T_ min between two neighboring flanks of signals. This siguation
est représentée à la figure lb. On voit que dans ces condi- is shown in Figure lb. We see that under these conditions
tions, la période TP du signal modulé en largeur d'impulsion est minimale; cela signifie que sa fréquence f est à la fmax. Le taux d'impulsions TV est dans ce cas égal the period TP of the pulse width modulated signal is minimum; this means that its frequency f is at fmax. The TV pulse rate is in this case equal
à 50 %.at 50%.
Pour diminuer encore plus le taux d'impulsions, To further decrease the pulse rate,
on augmente la durée du signal de niveau TL; et on défi- the duration of the level signal TL is increased; and we challenge
nit Tmin comme durée niveau haut, minimale, (figure lc). nit Tmin as high, minimum level duration (figure lc).
la durée TL est fournie comme signal par exemple en fonci- the duration TL is supplied as a signal, for example in function
ton du taux d'impulsions à prédéterminer. La durée TL est supérieure à Tmin (TV < 50 %) et de ce fait elle n'est pas critique. Il est essentiel que lorsqu'on atteint un taux d'impulsions de 50 %, on puisse commuter entre les deux états " émission du signal de niveau haut correspondant à un taux d'impulsions prédéterminé " et " émission du signal tone of the pulse rate to be predetermined. The duration TL is greater than Tmin (TV <50%) and therefore it is not critical. It is essential that when a pulse rate of 50% is reached, it is possible to switch between the two states "emission of the high level signal corresponding to a predetermined pulse rate" and "emission of the signal
de niveau bas correspondant à un taux d'impulsions prédé- low level corresponding to a predefined pulse rate
terminé ". La commutation entre les deux états peut être exécutée à l'aide de moyens de commande apporpriés, par exemple d'un microcontrôleur associé à un modulateur de largeur d'impulsion. on peut éventuellement prévoir une The switching between the two states can be carried out using suitable control means, for example a microcontroller associated with a pulse width modulator.
faible hétérésis. La figure 2 montre la une courbe caracté- weak heterestesis. Figure 2 shows the character curve
ristique correspondantes selon laquelle la fréquence de sortie f du signal modulé en largeur d'imulsion est tracée en fonction du taux d'imulsions TV. On vois que pour un taux d'imulsions de 50 %, on a un passage contiue de la corresponding statistics that the output frequency f of the pulse width modulated signal is plotted as a function of the TV pulse rate. We see that for an impulse rate of 50%, there is a continuous passage of the
courbe caractéristique, mais il n'y a pas de saut. La fré- characteristic curve, but there is no jump. The brother
quence f, émise, représentée à la figure 2 est maximale pour un taux d'impulsions TV égal 50 %. Dans toute la plage quence f, emitted, represented in FIG. 2 is maximum for a TV pulse rate equal to 50%. Across the beach
des taux d'impulsions à prédéterminer, intéressants (en li- interesting pulse rates to be predetermined (in line
mitant par exemple le taux d'impulsions de 10 % à 90 %), on a toujours un signal de sortie avec une fréquence de sortie a adaptée de manière optimale, c'est-à-dire aussi élevée suppressing for example the pulse rate from 10% to 90%), there is always an output signal with an output frequency a optimally adapted, i.e. as high
que possible. A l'aide d'un tel signal de fréquence de sor- as possible. Using such an output frequency signal
tie, optimisé, on peut réaliser l'étage de filtre en aval tie, optimized, we can realize the filter stage downstream
avec une fréquence limite relevée de manière correspon- with a correspondingly raised limit frequency
dante.dante.
Le procédé décrit permet, en utilisant des ma- The method described makes it possible, using
tériels classiques, d'atteindre la fréquence la plus élevée possible (et ainsi utiliser le moins de filtres possible conventional devices, to achieve the highest possible frequency (and thus use the fewest filters possible
pour une dynamique aussi importante que possible). Poursui- as dynamic as possible). Continue
vre l'optimisation n'est possible qu'avec un circuit sup- vre optimization is only possible with a sup-
plémentaire (par exemple avec modulation du nombre d'impul- additional (for example with modulation of the number of pulses
sions, ou des filtres complexes, ou des fréquences plus élevées). Le procédé selon l'invention sera décrit une sions, or complex filters, or higher frequencies). The method according to the invention will be described a
nouvelle fois à laide de l'ordinogramme de la figure 3. again using the flowchart in Figure 3.
Dans une première étape 101, avec des moyens de commande In a first step 101, with control means
appropriés non représentés on détermine si le taux d'impul- appropriate not shown it is determined whether the pulse rate
sions est supérieur ou égal à 50 %. Dans l'affirmative, on poursuit par une dérivation entre une étape 102 dans laquelle on définit Tmin comme largeur minimale autorisée sions is greater than or equal to 50%. If so, we continue with a derivation between a step 102 in which we define Tmin as the minimum authorized width
ou durée du signal de niveau bas appartenant au signal mo- or duration of the low level signal belonging to the low signal
dulé en largeur d'impulsion. Dans l'étape 103, on fournit pulse width. In step 103, we provide
comme signal la durée du signal de niveau haut correspon- as signal the duration of the corresponding high level signal
dant au taux d'impulsions à prédéfinir. at the rate of pulses to be predefined.
Si au contraire dans l'étape 101, on constate que le taux d'impulsions est inférieur à 50 %, on aura une dérivation jusqu'à l'étape 104 dans laquelle T min est émis If on the contrary in step 101, it is noted that the pulse rate is less than 50%, there will be a bypass until step 104 in which T min is emitted
comme largeur minimale autorisée ou durée du signal de ni- as the minimum permitted width or duration of the ni-
veau haut. Puis dans l'étape 105, selon le taux d'impul- high calf. Then in step 105, depending on the pulse rate
sions à prédéterminer, on a l'émission de la durée du sions to be predetermined, we have the emission of the duration of the
signal de niveau bas.low level signal.
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